Наследие LUKA: как бактерии древней Земли предсказали существование внеземных экосистем

Самым древним предком всего живого на Земле считается LUKA (последний универсальный общий предок). Недавнее исследование, проведенное группой британских ученых, пролило свет на этот древний организм, показав, что он был удивительно похож на современные бактерии. Более того, ЛУКА обитал в сложной экосистеме, следы которой практически не сохранились до наших дней.

LUKA существовал около 4,2 миллиарда лет назад, в период, когда наша планета переживала экстремальные условия. Тогда Земля не была похожа на рай: это была кипящая вулканическая масса, подвергающаяся бомбардировке гигантскими метеоритами. Примерно за 100 миллионов лет до появления ЛУКА произошла катастрофическая космическая коллизия, в результате которой сформировалась Луна. Этот период получил название "хадей" — по имени греческого бога подземного мира Аида.

Удивительное сходство LUKA с современными микроорганизмами свидетельствует о том, что жизнь могла возникнуть практически сразу, как только на планете появились подходящие условия. Это позволяет предположить, что жизнь во Вселенной может быть не редким явлением, а скорее неизбежным процессом на планетах с подходящими характеристиками.

LUKA как основа эволюции

LUKA представляет собой ключевую точку, где сходятся три основные домена жизни: эукариоты (включая животных, растения и грибы), бактерии и археи. Долгое время считалось, что ЛУКА жил 3,5–3,8 миллиарда лет назад, но новые исследования отодвинули этот срок еще дальше.

Недавнее исследование команды из Бристольского университета установило, что LUKA существовал 4,2 миллиарда лет назад, в самом начале истории Земли. Тогда на планете не было кислорода, а атмосфера содержала большое количество углекислого газа и метана, что, вероятно, придавало небу оранжевый оттенок. Земля была покрыта океанами, а дни длились всего 12 часов из-за более быстрого вращения планеты. Луна находилась ближе к Земле, что вызывало сильные приливы.

Как выжил LUKA

Анализ показывает, что LUKA обладал сложными ферментами, которые позволяли ему извлекать углекислый газ и водород из окружающей среды. Он мог жить у поверхности океана, используя газы из атмосферы, либо около гидротермальных источников в глубинах моря, где из недр Земли извергались горячая вода и газы. Эти источники считаются одним из вероятных мест, где зародилась жизнь.

LUKA, скорее всего, был хемоавтотрофом , то есть мог самостоятельно синтезировать необходимые вещества из неорганических соединений. Однако он мог быть и гетеротрофом, зависящим от соединений, созданных другими организмами. Его развитый метаболизм свидетельствует о том, что ЛУКА уже прошел долгий путь эволюции.

Взаимодействие с другими организмами

ЛУКА жил не в одиночестве: его метаболизм создавал питательную среду для других микроорганизмов. Например, одни из них могли перерабатывать метан, возвращая углерод и водород в окружающую среду. Исследования показывают, что ЛУКА был частью сообщества, включавшего организмы, использующие серу или железо из гидротермальных источников.

Кроме того, у LUKA была подобие иммунной системы, напоминающее CRISPR-Cas — механизм, который сегодня помогает бактериям защищаться от вирусов. Это говорит о том, что вирусы существовали уже тогда и, возможно, играли важную роль в экосистеме, помогая обмену генетическим материалом между организмами. Этот процесс, называемый горизонтальным переносом генов, мог способствовать ускоренному возникновению разнообразия.

Космические последствия

Если возраст LUKA действительно составляет 4,2 миллиарда лет, это ставит под сомнение теорию о том, что жизнь во Вселенной крайне редка. Скорее, она может быть обыденным явлением на планетах с жидкой водой, таких как ранний Марс или Венера. Астрономы уже нашли доказательства существования множества планет, похожих на Землю, что усиливает вероятность наличия жизни за пределами нашей планеты.

Уникальные особенности Земли — такие как магнитное поле, защищающее от солнечной радиации, и наличие крупного спутника, создающего приливы, — могли сыграть ключевую роль в сохранении жизни. Но если экосистемы, подобные гаевским , могут быть распространены, то открытие других биосфер — лишь вопрос времени.